沖擊載荷作用下固支夾芯圓板的力學行為研究.pdf

1、多孔金屬集優(yōu)良的力學、熱學、聲學特性于一身，一般情況下它兼具功能和結(jié)構(gòu)雙重作用，是一種多功能、多用途的復合工程材料。由于其壓縮應力-應變曲線中包含一個很長的應力平臺，能夠承受較大的塑性變形。近年來，在包裝、國防軍事、交通運輸、建筑等多個領域應用越來越廣泛，各方面性能研究受到了極大的關注。
　　 本文采用泡沫鋁子彈撞擊加載的方式，系統(tǒng)地研究了固支夾芯圓板的變形、失效模式及能量吸收和變形機理。采用實驗研究和數(shù)值計算兩種方法進行分析。

2、主要取得以下結(jié)論:
　　 實驗研究了夾芯圓板（波紋鋁、蜂窩鋁）子彈初始動量、蜂窩孔格邊長、蜂窩芯層高度等參數(shù)對結(jié)構(gòu)變形和失效模式以及抗沖擊性能的影響。結(jié)果表明:增加蜂窩孔格邊長會減少單位面積參與承載的蜂窩壁板個數(shù)，后面板撓度增大從而其抗撞擊性能減弱。增加蜂窩芯層高度可以有效的減小其后面板撓度，但是會出現(xiàn)面板及芯層失效。因此合理選擇蜂窩芯層高度對蜂窩夾芯圓板的抗撞擊性能具有重要的意義。另外通過應變片測量技術的研究表明，在多孔金屬夾

3、芯圓板的動力響應過程中，會產(chǎn)生塑性鉸并且塑性鉸會從板中心向固支端移行。泡沫鋁子彈撞擊作用下，夾芯圓板前面板主要有三種變形和失效模式分別為:局部壓入失效、整體大變形和侵徹失效。由于波紋板的各向異性特點，本文中還觀察到在波紋夾芯圓板的前面板對稱線附近出現(xiàn)了局部的褶皺。蜂窩芯層出現(xiàn)了壓縮變形和剪切失效，其壓縮變形是一個漸進模式，并且出現(xiàn)了全部折疊、部分折疊、未折疊三個區(qū)域;波紋芯層固支邊界處還出現(xiàn)了在對稱線附近局部壓縮和剪切;蜂窩夾芯圓板后面

4、板主要有三種失效模式，分別為:整體大變形、后面板輕微撕裂、花瓣形撕裂失效。波紋夾芯圓板后面板會在沿著波紋方向的對稱線附近發(fā)生褶皺。
　　 基于實驗結(jié)果采用有限元程序LS-DYNA3D970模擬了泡沫鋁子彈撞擊作用下波紋鋁、蜂窩鋁夾芯圓板的結(jié)構(gòu)響應過程、能量吸收及變形機制。研究發(fā)現(xiàn)，隨著泡沫鋁子彈撞擊速度的增加，夾芯圓板后面板的撓度增大;增加面板厚度、芯層厚度、芯層高度和減小蜂窩孔格邊長可以有效地減小后面板撓度，提高夾芯圓板的抗沖

5、擊性能。夾芯板吸收的能量隨著沖擊載荷的增大而增大;隨面板厚度、隨芯層厚度的增加，夾芯板所吸收的能量減小。蜂窩夾芯圓板隨孔格邊長的增加，夾芯板吸能量有所上升，但是由于芯層出現(xiàn)完全密實化，其吸能量先上升后不變。蜂窩鋁夾芯板的吸能量，隨蜂窩芯層高度的增加而減小，但芯層在整體能量耗散方面起到的作用越來越明顯。需要指出的是實驗中觀察到芯層較高時容易出現(xiàn)面板及芯層失效，因此應該合理地選擇芯層高度以達到更好的防護作用。泡沫鋁子彈對夾芯板進行撞擊加載來